С 1 февраля 1771 года Дмитрий был принят в Пажеский корпус. Воспитанники Пажеского корпуса изучали французский и немецкий языки, геометрию, географию, фортификацию и историю, а также обучались искусству танца, рисования, фехтования и верховой езды.
В отличие от многих Дмитрий Дохтуров во всем мог рассчитывать только на себя, поэтому он отличался прилежанием и старательностью. В 1777 году он становится камер-пажем, а весной 1781 года выходит из Пажеского корпуса в чине поручика гвардии.
Служба в лейб-гвардии Преображенском полку, куда Дохтуров был определен по выпуске, началась вполне счастливо. Еще в 1774 году Екатерина II назначила генерал-адъютанта Г. А. Потемкина в чине подполковника гвардии командующим Преображенским полком. Потемкин быстро разглядел военные способности Дохтурова, оценил его знания и исполнительность. Дохтуров был произведен в капитаны и скоро стал командовать ротой.
Г. А. Потемкин был не только царедворцем, но и видным военачальником. Он не любил пустые парады и уделял немалое внимание обучению войск, которое старался строить в соответствии с требованиями румянцевско-суворовской военной школы. Он переменил одежду в войсках. По его предложениям были обрезаны косы, солдаты перестали пудриться. В специальной докладной записке Потемкин писал: «Завивать, пудриться, плесть косы — солдатское ли сие дело? У них камердинеров нет. На что же пукли? Всяк должен согласиться, что полезнее голову мыть и чесать, нежели отягощать пудрою, салом, мукою, шпильками, косами. Туалет солдатский должен быть таков, что встал и готов». Кроме ограничения наказаний солдат, запрещения употреблять солдат на частные работы командиров и других мелких нововведений, Потемкин произвел также войсковые преобразования. Он увеличил на 18 процентов конницу, сформировав 10-эскадронные драгунские и 6-эскадронные гусарские полки. Для усиления пехоты он увеличил число гренадер, сформировал мушкетерские четырехбатальонные полки, устроил егерские батальоны. Егерский батальон был введен им и в состав Преображенского полка. В него вошли отборные солдаты и лучшие офицеры. Среди других такой чести был удостоен и Дохтуров. В 1784 году он назначается командиром егерской роты.
Основное время преображенцев проходило в гарнизонной службе — в охране царского двора, в содержании городских и полковых караулов, участии в парадах и церемониалах. Кроме прямых служебных обязанностей, офицеры гвардии должны были бывать «непременными участниками всех дворцовых балов, маскарадов, куртагов и ассамблей, а также опер, которые давались в Высочайшем присутствии, в специально для этого построенном доме на Невской першпективе». В царствование императрицы Елизаветы Петровны такие праздники бывали почти ежедневно. О жизни офицеров гвардии историк Преображенского полка пишет в несколько сгущенных красках: «Что же касается до жизни офицеров гвардии в Петербурге в век Екатерины, то все общество, в последних годах ее царствования, утопало в роскоши, и прежняя дешевизна была совершенно забыта. Торговцы и магазинщики не знали пределов тех цен, которые они назначали для покупателей, видя изменения мод и фасонов чуть ли не ежемесячно. К этому времени от всякого порядочного человека, а в особенности от офицера гвардии требовались прежде всего „изящная внешность и одежда с прическою“, так что беднейший из преображенцев считал своим непременным долгом заказывать себе в год по нескольку мундиров, обходившихся ему не менее 120 рублей каждый. К сожалению, за этот период приходится отметить некоторый упадок дисциплины и распущенность при исполнении служебных обязанностей. При полном равнодушии к подобному печальному состоянию со стороны начальствующих лиц неудивительно, что с каждым днем распущенность эта возрастала. Дело дошло до того, что нередко караульных офицеров можно было встречать на улице, свободно разгуливающих по-домашнему, то есть в халатах, а их жен — надевавших мундир и исполнявших обязанности мужа. Кутежи и дебоши гвардейской молодежи начали принимать колоссальные размеры. Не было конца рассказам о выбитых окнах, о купчиках, до полусмерти напуганных гвардейцами и проч.».
Дмитрия Дохтурова такая служба не удовлетворяла, он жаждал настоящего дела, достойного русского офицера. Так протекло несколько лет службы, не принесших Дохтурову ни чинов, ни славы.
В июне 1788 года шведы начали военные действия против России. Однако наступление шведов было приостановлено, и лишь летом 1789 года русская армия сама активизировала действия. Предстояла война на море.
Капитан Дохтуров во главе роты в мае 1789 года прибыл в Кронштадт, где формировалась гребная флотилия из егерей гвардейских полков. Здесь вплоть до июля гвардейцы обучались ведению морского боя. В июле 18 галер гребной флотилии вместе с Балтийским флотом вышли навстречу шведам.